納米固體及其制備

1、南開大學納米材料與技術納米固體及其制備目錄納米材料與技術：納米固體及其制備7.1 納米固體的分類及其基本構成7.2 納米固體的制備7.2.1 納米金屬與合金材料的制備7.2.2 納米相陶瓷的制備7.2.3 納米薄膜和顆粒膜的制備7.1 納米固體的分類及其基本構成納米固體的概念：納米固體是指以納米微粒為主體形成的體相材料，包括三維的納米塊體（bulk）和二維的納米薄膜（film）。納米微粒的大小介于原子團和通常微粉顆粒之間，線度一般在1100納米范圍內（1納米10-9米），故又稱納米粒子。納米固體的種類繁多，可以按多種標準進行分類劃分：按納米微粒的結構形式按納米微粒中化學鍵的形式 按納米微粒的相

2、組成 按空間維數7.1 納米固體的分類及其基本構成7.1 納米固體的分類及其基本構成1、按納米微粒的結構形式納米固體納米非晶材料納米準晶材料納米晶體材料7.1 納米固體的分類及其基本構成2、按納米微粒中化學鍵的形式 納米固體納米金屬材料納米半導體材料納米離子材料納米陶瓷材料7.1 納米固體的分類及其基本構成3、按納米微粒的相組成 納米固體納米單相材料納米復相材料7.1 納米固體的分類及其基本構成納米復相材料 納米相材料：納米材料是由單相微粒構成的 固體。納米復相材料：每個納米微粒本身由兩相構成（一種相彌散于另一種相中）則相應的納米材料稱為納米復相材料。7.1 納米固體的分類及其基本構成納米復相

3、材料的分類納米復相材料0-0復合0-3復合0-2復合7.1 納米固體的分類及其基本構成4、按空間維數納米固體二維平面的納米薄膜三維空間的納米塊體維維之間的復合納米材料7.1 納米固體的分類及其基本構成納米材料界面的分類納米材料界面界面可變結構模型界面缺陷態(tài)模型界面原子排列類氣態(tài)模型關于構成納米結構材料顆粒組元尺寸范圍定義：（一）：臨界尺寸，當顆粒尺寸減小到納米級某一尺寸時，（二）：納米結構的材料是以尺寸定義的材料，由于各種材料晶胞差別較大，一般來說對各種物質其尺寸減小到1100nm是合適的。7.1 納米固體的分類及其基本構成7.2 納米固體的制備概述納米固體特有的小尺寸量子效應和晶界效應使其表

4、現(xiàn)出一系列與普通固體材料有著本質差別的性能。因此，對納米固體的制備及應用研究成為材料科學的熱點。下面僅就當前應用的幾種制備納米固體的方法進行簡單介紹，主要介紹納米金屬與合金材料、納米陶瓷材料和納米薄膜材料的制備方法7.2 納米固體的制備7.2.1 納米金屬與合金材料的制備7.2 納米固體的制備(1) 惰性氣體蒸發(fā)， 原位加壓制備法納米材料中的金屬與合金材料是一種二次凝聚晶體或非晶體。從納米金屬材料形成的過程，可以總結出用“一步法”制備納米晶體的步驟。7.2 納米固體的制備1 1、“一步法一步法”但是上述步驟一般都是在真空環(huán)境下進行，這就給制備納米金屬和合金固體帶來很大困難。7.2 納米固體的制

5、備2、惰性氣體蒸發(fā)，原位加壓制備法此種方法的優(yōu)點是納米微粒具有清潔的表面，很很少團聚成粗團聚體。 下圖是惰性氣體蒸發(fā)、原位加壓成形法制備納米金屬與合金裝置示意圖7.2 納米固體的制備(2) 高能球磨法來源1988年，日本京都大學Shingu等人首先報道，近年來已成為制備納米材料的一種重要方法。原理利用球磨機的轉動或振動使硬球對原料進行強烈撞擊，研磨和攪拌，把金屬或合金粉末粉碎為納米級微粒的方法。7.2 納米固體的制備高能球磨法成功制備的納米晶材料優(yōu)點：高能球磨法制備的納米金屬與合金結構材料產量高，工藝簡單，并能制備出用常規(guī)方法難以獲得的高熔點的金屬或合金材料。缺點：晶粒尺寸不均勻，容易引入某些

6、雜質。近年來，此法越來越受材料科學工作者重視。7.2 納米固體的制備優(yōu)缺點7.2 納米固體的制備高能球磨法制備的納米結構材料的界面結構特點兩種不同說法：（1）高能球磨法與其他方法制備的納米材料具有相近的界面依據：（a）透射電鏡結果 （b）姆斯堡爾譜的結果 （c）比熱測量（2）高能球磨材料的界面結構隨組成粉體的類型而改變。依據：（a）形成機制不同。 （b）球磨法生成的微米，亞微米中的界面原子密度 （c）球磨法生成的界面原子的配位數較高，其他方法主要是靠顆粒表面互相作用形成的界面，原子近鄰配位數降低。7.2 納米固體的制備盧柯等人率先采用非晶晶化法成功制備出納米晶Ni-P合金條帶。適合獲得某些成核

7、激活能小，晶粒長大激活能大的非晶合金。7.2 納米固體的制備(3) 非晶晶化法7.2 納米固體的制備7.2.2 納米相陶瓷的制備納米陶瓷的優(yōu)越性：7.2 納米固體的制備納米陶瓷達到高致密度的幾種工藝：（1）無壓力燒結（靜態(tài)燒結）優(yōu)點：無壓力燒結工藝簡單，不需要特殊設備，成本低。缺點：燒結過程中容易出現(xiàn)晶粒快速的長大以及大孔洞的形成，結果試樣不能實現(xiàn)致密化，使得納米陶瓷的優(yōu)點喪失。（2）應力有助燒結（燒結-鍛壓法）概念：無團聚的粉體在一定壓力下進行燒結。優(yōu)點：對于許多未摻雜的納米粉，通過應力有助燒結可制得具有較高致密度的納米陶瓷，并且晶粒無明顯長大。缺點：該工藝要求設備比無壓力燒結復雜，操作也復雜。7.2 納米固體的制備7.2 納米固體的制備7.2.3 納米薄膜和顆粒膜的制備納米薄膜的分類： 氣相法（a）高速超微粒子沈積法（b）直接沉積法7.2 納米固體的制備（1）納米薄膜的制備方法 液相法（a）溶膠-凝膠法（b）電沉積法 氣相法制備納米薄膜的主要影響因素：（1）襯底（基片）的影響（2）制備方法的影響7.2